(57)【要約】【課題】脱落や導通不良などの生じにくいスルーホール導体を持ったガラスなどでできた配線基板を提供する。【解決手段】ガラス、セラミックあるいはシリコンなどからできた配線基板に開けられたスルーホール内に導電ペーストを充填固化したスルーホール導体を持つ。そのスルーホールは、スルーホール壁面の３０％以上においてその面粗さの凹凸が、充填固化した導体が含んでいる導体粒子の平均直径の１／２０以上の高低差を持つとともにそのピッチが導体粒子の平均直径以上である。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス、セラミックあるいはシリコンからできた配線基板の両端面間に開けられたスルーホール内に、樹脂と導体粒子を混練したぺ−ストを充填固化した導体を有するものにおいて、
前記スルーホールは、スルーホール壁面の３０％以上においてその面粗さの凹凸が、前記充填固化した導体が含んでいる導体粒子の平均直径の１／２０以上の高低差を持つとともにそのピッチが前記平均直径以上であることを特徴とするスルーホール導体を持った配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスルーホール導体を持った配線基板に関し、特にＧＭＲ素子などを形成するのに適したガラスなどからできた配線基板のように脱落の生じやすいスルーホール導体を強固に取り付けた配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線基板に開けたスルーホールに充填して導体とするのに適した導電ペーストが特許文献１に記載されている。この導電ペーストは導体粒子として銅の微粒子の表面に銀を被覆したものを用い、エポキシ樹脂を主成分とするペーストで混練されたものである。特許文献１に記載されている導電ペーストは、プリント配線基板のプリプレグ（ガラスエポキシ、紙フェノール、コンポジット、アラミドエポキシ等の材料から構成される）に開けたスルーホールに充填するのに適したものである。
【０００３】
ところが、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）素子など機能素子はその特性を十分に発揮させるにはガラスやセラミック、シリコンなどからできた配線基板に形成するのが望ましい。ガラスなどの配線基板上に形成した機能素子から導かれているリード線は、その配線基板上にプリント配線して作られ、そのリード線の端子を同じ配線基板の反対面に作られることが多い。配線基板の一面上に形成したリード線からその配線基板の他面に形成した端子までは、配線基板に開けたスルーホールを通して導体が設けられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２８９０３８号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガラスなどの配線基板に開けた、かかるスルーホールに設ける導体として前記特許文献１に開示された導電ペーストを用いると、スルーホールに充填した導電ペーストが固化してできた導体が固化後にスルーホールから脱落することがあった。同様な問題はセラミック、シリコンなどからできた配線基板のように導体ペーストの樹脂が付着しにくい材料からなる配線基板においても生じることが判明した。
【０００６】
そこで本発明は脱落や導通不良などの生じにくいスルーホール導体を持ったガラスなどでできた配線基板を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のスルーホール導体を持った配線基板は、ガラス、セラミックあるいはシリコンからできた配線基板の両端面間に開けられたスルーホール内に、樹脂と導体粒子を混練したぺ−ストを充填固化した導体を有するものにおいて、
前記スルーホールは、スルーホール壁面の３０％以上においてその面粗さの凹凸が、前記充填固化した導体が含んでいる導体粒子の平均直径の１／２０以上の高低差を持つとともにそのピッチが前記平均直径以上であることを特徴とする。
【０００８】
スルーホール壁面の面粗さはスルーホールの中心軸に沿って配線基板を切断し、壁面を走査型白色干渉法を用いた三次元表面構造解析顕微鏡を用いて測定することができる。スルーホール径が大きい場合は触針式の表面粗さ計を用いることも出来るが、１ｍｍ以下の小径の場合は針の当たり具合等で表面粗さ測定値が変動することがあるため適当ではない。
【０００９】
ペーストに混練された導体粒子の平均直径は、固化したペーストの塊を研磨加工し、光学顕微鏡で写真を撮り個々の粒子の大きさを測定し、平均直径を得ることができる。直接導体粒子を光散乱法等で測定することも可能であり、いずれをも使用することができる。
【００１０】
前述の方法で測定された、スルーホールの壁面の面粗さ、導体粒子の平均直径において、前記充填固化した導体が含んでいる導体粒子の平均直径の１／２０以上の高低差を持つとともにそのピッチが前記平均直径以上であることで、導体粒子が壁面の凹凸部に引っ掛り易くなるものと考えられ、スルーホールに充填固化されたペーストが強固に接合し、スルーホール導体がスルーホールから抜けたり動いたりすることがなくなる。
【００１１】
壁面の３０％以上とは次のように求めることができる。スルーホールの中心軸に沿って配線基板を切断し、三次元表面構造解析顕微鏡を用い測定した全長と、導体粒子の平均直径の１／２０以上の高低差を持つとともにそのピッチが前記平均直径以上の領域の総長の比で求める。同領域は連続している必要はなく分かれていても良い。壁面長の３０％以上が前記領域であれば、スルーホールに充填固化された導体が強固に接合し、導体がスルーホールから抜けたり動いたりすることがなくなる。２０％程度あれば導体に直接力を加えない限り導体がスルーホールから抜けたり動いたりすることはないが、余裕をみると３０％以上とすることが良い。好ましくは壁面の４０％以上である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明を実施例について詳しく説明する。図１はＧＭＲ素子を形成した配線基板を平面図で示すものであり、図２は図１の配線基板を底面図で示す。また、図３〜５は本発明の実施例を示し、図３は図１に示すガラス配線基板のスルーホール導体を含む部分の拡大断面図で、図４は図３に示すガラス配線基板で導体を充填する前のスルーホールを拡大断面図で示し、あわせてレジストマスクを二点鎖線で示している。図５はスルーホール壁面を拡大して示す説明断面図である。図６は本発明の比較例を示す図であり、図４に同じくガラス配線基板で導体を充填する前のスルーホールの拡大断面図であり、あわせてレジストマスクを二点鎖線で示している。図７は本発明の他の実施例および他の比較例を説明する図であり、図４および図６に同じくガラス配線基板で導体を充填する前のスルーホールの拡大断面図であり、あわせてレジストマスクを二点鎖線で示している。図８は本発明の実施例及び比較例における、スルーホール導体の弛みあるいは脱落不良頻度と、本発明で良好とする表面凹凸状態の面積比の関係を示すグラフである。
【００１３】
図１と図２を参照して、配線基板１は約７００μｍ厚さをしたガラス配線基板であり、そのほぼ中央にＧＭＲ素子２が形成されている。ＧＭＲ素子から引き出されている４本のリード線３１，３２，３３，３４それぞれがガラス配線基板の４隅近くに設けられたスルーホール導体４に接続されており各スルーホール導体４はガラス配線基板１の裏面で端子５に接続されている。
【００１４】
図３から明らかなようにガラス配線基板裏面の端子５と表面のリード線３１，３２，３３，３４との間がスルーホール導体４で接続されているので、スルーホール導体は脱落や導通不良などの欠陥のないことが要求される。
【００１５】
図４にスルーホール導体を充填するための本発明の実施例によるスルーホール６の断面図を示している。同図で、ガラス基板１０に開けられたスルーホール６はガラス基板１０の上側端面１１から下側端面１２に向かって直径が次第に小さくなっている。同図に２点鎖線で示すように、３００±１０μｍ径をした孔９１を持ったレジストマスク９をガラス基板１０上に形成して、サンドブラストによってガラス基板１０の反対面に達する孔を開けスルーホール６とした。サンドブラストは炭化珪素もしくはアルミナの、＃４００〜＃８００番手の粉末を使用し、粉末の噴射圧を調整することで異なる表面状態のスルーホール壁面７を形成した。形成されたスルーホール壁面７は高低差ｈ０．０９〜０．５５μｍでピッチｐ４．０から９．８μｍであった。スルーホール壁面７の表面凹凸状態は、スルーホール中心軸に沿ってガラス基板を切断して、三次元表面構造解析顕微鏡を用いて測定した。
【００１６】
スルーホール壁面７の一部を拡大して示すと図５のようにスルーホール壁面７には、高低差（山と谷との高さの差）ｈと、山と山あるいは谷と谷とのピッチｐからなる凹凸がある。スルーホール導体に含まれている銀で被覆した銅微粒子（導体粒子）８の平均粒径（平均直径）ｄを同図にあわせて示している。
【００１７】
銀で被覆された銅微粒子（直径分布は約０．５μｍ〜約１３μｍで、平均直径は約４．２，５．１，７．５μｍの３種類）が８０〜９５質量％になるようにエポキシ樹脂と混練したペーストを、スルーホール壁面７の表面凹凸状態の異なるガラス基板に刷り込んでスルーホール中にペーストを充填した。それを１７０〜２８０℃に加熱してペーストを固化した上で、ガラス基板の両端面から突出している固化したペースト部分を研磨してスルーホール導体４を形成した。
【００１８】
各条件で形成した８０００個のスルーホール導体を持った１５０ｍｍ直径のガラス基板を用いて、図１〜３に示すように端子５、リード線３１，３２，３３，３４、ＧＭＲ素子２を形成した上で、図１に示す大きさに切断してガラス配線基板１とした。導体粒子の平均直径ｄとスルーホール壁面の凹凸の高低差ｈ、ピッチｐを変えて組合わせた試料ＡからＬの、それらの形成工程中の取り扱いにおけるスルーホール導体４の弛み（工程中の脱落も含む）の発生頻度を表１に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１において、スルーホール導体の弛み（脱落）が少なくとも１個生じた試料は×の判定をしている。配線基板１には４個のスルーホール導体が設けられているため、確率的には配線基板の不良率は弛み発生率の４倍となる。弛みのあるスルーホール導体は電気抵抗が高くＧＭＲ素子の特性に問題を起こしたり、測定毎に電気抵抗値が変わる不安定な状態であることが確認されているので、スルーホール導体の弛みは許されないものである。表１で、○判定がされている弛み発生率０％の試料Ｃ，Ｄ，Ｈ，Ｌは、スルーホール壁面７の面粗さは、その凹凸が導体粒子の平均直径の１／２０以上の高低差ｈを持ち、そのピッチｐが導体粒子の平均直径ｄ以上となっていた。そのためにスルーホール導体に含まれている導体粒子がスルーホール壁面の凹凸によって壁面にとらえられて、固化したペーストがスルーホールに固定されているので、スルーホールから導体が抜け落ちるのが防止されたものと考えられる。
【００２１】
比較のためにスルーホール壁面の凹凸を小さくしたスルーホールを作製した。図６に示すように、７００μｍ厚のガラス基板１０に直径１００±１０μｍの孔９１を有するレジストマスク９を形成し、弗酸系薬液によるウエットエッチングによってガラス基板の下側端面１２に達する孔を開けスルーホール６とした。なお、ウエットエッチング時にはガラス基板１０の上側端面１１からのみエッチングが進行するように、下側端面１２側には保護レジストマスク９２を形成した。形成されたスルーホール６は、エッチング開始面側直径が１２５μｍ、エッチング終了面側直径が９５μｍでスルーホール壁面は僅か膨らんだラッパ状となっていた。その壁面は滑らかで、高低差ｈは０．０１〜０．０３μｍ程度で、ピッチｐは１〜８μｍであった。そのスルーホールに銀で被覆された銅微粒子（直径分布は約０．５μｍ〜約１０μｍで、平均直径は約５．１μｍ）が８０〜９５質量％になるようにエポキシ樹脂と混練したペーストをガラス基板に刷り込んでスルーホール中にペーストを充填した。それを１７０〜２８０℃に加熱してペーストを固化した上で、ガラス基板の両端面から突出している固化したペースト部分を研磨してスルーホール導体を形成した。ガラス基板に形成された８０００個のスルーホール導体のうち６３２５個にスルーホールからの弛み（脱落を含む）が生じた。この弛み発生率は約７９％になり、配線基板には４個のスルーホール導体があるため、配線基板の良品率は確率的には限りなくゼロになり、とても使用できないものであった。
【００２２】
なお、前述実施例でスルーホール壁面全体に亘って凹凸を形成したが、必ずしも壁面全体に凹凸を設ける必要はなく、その一部、壁面の３０％以上に凹凸を設ければよい。図７はスルーホール壁面の一部に凹凸を設ける一方法を示している。フォトレジストマスク９を形成した後弗酸系薬液によるウエットエッチングによってガラス基板１０の下側端面１２に達する孔を開けスルーホール６を設け、連続してサンドブラスト１００を孔に対して一定角度を持って行うことでスルーホール壁面の一部に凹凸部７１を形成した。形成した凹凸部７１の高低差ｈは０．２５〜０．３μｍ、ピッチｐは６．１〜９．８μｍで、凹凸部の比率を０〜５０％とした。形成した凹凸部７１は導体粒子の平均直径の１／２０以上の高低差ｈを持ち、そのピッチｐが平均直径ｄ以上となっている。比率０％とはウエットエッチングのみでサンドブラストを行っていないものを意味する。スルーホールに銀で被覆された銅微粒子（直径分布は約０．５μｍ〜約１０μｍで、平均直径は約５．１μｍ）が８０〜９５質量％になるようにエポキシ樹脂と混練したペーストをガラス基板に刷り込んでスルーホール中にペーストを充填した。それを１７０〜２８０℃に加熱してペーストを固化した上で、ガラス基板の両端面から突出している固化したペースト部分を研磨してスルーホール導体を形成した。
【００２３】
図８はスルーホール壁面の凹凸比率と弛み発生率との関係を示すグラフである。凹凸部比率０％になるのは前述した弛み発生率７９％であり、凹凸部比率１８％のところで弛み発生率はほぼゼロとなっている。凹凸部比率２０％以上であれば導体に直接力を加えない限り導体がスルーホールから抜けたり動いたりすることはないが、余裕をみると３０％以上とすることが良い。
【００２４】
７００μｍの１枚のガラス基板にサンドブラストで８０００個の孔を開けるのに１〜２時間位かかる。しかし、ウエットエッチングは同時に多数のガラス基板を処理できる利点があり、ウエットエッチングで形成したスルーホールの壁面の一部にサンドブラストで凹凸を形成する場合、サンドブラストの作業時間は数分で済むため、１枚当たりの作業時間は大幅に短縮できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明のスルーホール導体を持った配線基板で、その配線基板としてガラス、セラミック、シリコンのように導電ペーストが付着しにくい材料を用いた場合にも、スルーホール導体の脱落や断線を防止することができ、信頼性のある配線基板とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧＭＲ素子を形成したガラス配線基板を平面図で示すものである。
【図２】図１に示すガラス配線基板の底面図である。
【図３】図１に示すガラス配線基板のスルーホール導体を含む部分の拡大断面図を示す。
【図４】図３に示すガラス配線基板で、導体を充填する前の実施例によるスルーホールを拡大断面図で示し、あわせてレジストマスクを二点鎖線で示す。
【図５】スルーホール壁面の拡大説明断面図である。
【図６】本発明の比較例における、導体を充填する前のスルーホール拡大断面図を示し、あわせてレジストマスクを二点鎖線で示す。
【図７】本発明の他の実施例および他の比較例における、導体を充填する前のスルーホール拡大断面図を示し、あわせてレジストマスクを二点鎖線で示す。
【図８】本発明の実施例及び比較例における、スルーホール導体の弛みあるいは脱落不良頻度と、本発明で良好とする表面凹凸状態の面積比の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１                            ガラス配線基板
１０                        ガラス基板
１１，１２            端面
２                            ＧＭＲ素子
３１，３２，３３，３４    リード線
４                            スルーホール導体
５                            端子
６                            スルーホール
７                            スルーホール壁面
７１                        凹凸部
８                            導体粒子
９，９２                レジストマスク
９１                        孔
１００                    サンドブラスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005019576.tif 000008
【図６】
2005019576.tif 000009
【図７】
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【図８】
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